Легковыбиваемые Жидкостекольные Смеси Для Литейного Производства
Стрюченко А.А., Дорошенко В.С., dorosh@inbox.ru
ЛЕГКОВЫБИВАЕМЫЕ ЖИДКОСТЕКОЛЬНО-ПОЛИСТИРОЛЬНЫЕ ПЕСЧАНЫЕ ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ ДЛЯ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
В песчаных формах со связующим получают около 75 % выпуска отливок, что сохраняет актуальность совершенствования технологии взаимодействия отливок с такими формами. Среди многих видов связующих материалов для приготовления формовочных и стержневых смесей жидкое стекло наряду с огнеупорными глинами является наиболее применяемым, его вводят в смеси в количестве до 6-7 %.
Как неорганическое связующее в формовочных смесях жидкое стекло имеет ряд несомненных преимуществ – огромные возможности сырьевой базы, дешевизна, доступность, экологическая безопасность и др. Вместе с тем, есть один очень серьезный недостаток этих смесей, который заключается в плохой выбиваемости отливок. Наибольшая энергоемкость выбивки обычно характерна для чугунных отливок (для стальных меньше), именно температурный интервал их получения приводит к спеканию и экстремальному росту прочности жидкостекольных смесей, что особенно затрудняет выбивку стержней из этой смеси. Поэтому разработаны многочисленные меры, направленные на улучшение выбиваемости смесей с жидким стеклом, в основном связанные с введением разупрочняемых добавок в смесь, которые незначительно снижают прочность и предотвращают спекание смеси.
В настоящей работе кардинально решается проблема выбивамости жидкостекольных смесей путем ввода в них наряду с жидким стеклом не как добавки-разупрочнителя, а на правах равноправного связующего - полимера полистирола в виде 40 %-го раствора отходов пенополистирола в живичном скипидаре. Это позволяет: в 2 раза уменьшить содержание жидкого стекла в смеси, исключить образование сплошной стекловидной пленки силикатного связующего вокруг ее зернистого материала, резко улучшить выбиваемость отливок в связи с деструкцией полимера полистирола, выделением сажистого углерода и последующим разупрочнением формовочного материала после его контакта с заливаемым в форму металлом. Сочетанное двух разнородных связующих и появление сажистого продукта термодеструкции одного из них создает эффект надрезания и охрупчивания пленки жидкого стекла, что позволяет отнести полученные смеси к категории легковыбиваемых наряду со смесями на синтетических смолах.
Проведен цикл исследований с одним из возможных составов жидкостно-полистирольной формовочной смеси: кварцевый песок 95 % (по массе, здесь и далее); жидкое стекло 3 %; полимер полистирол 2 % (в виде 40 %-го раствора отходов пенополистирола в живичном скипидаре). Прочность такой смеси на сжатие по сырому после продувки СО2 в течение 1 мин. превышает возможности ее определения на стандартном рычажном приборе, то есть значительно выше 1,25 кгс/см2, а прочность смеси по сырому на разрыв равна 0,04 МПа.
В качестве характеристики выбиваемости этих смесей с жидкостекольно-полимерным связующим была принята прочность образцов на разрыв в зависимости от температуры высушивания и с учетом обработки СО2 или без обработки СО2.
Вариант продувки смесей СО2 предусматривает получение быстротвердеющей смеси, и в этом ее основное преимущество. Следует, однако, при этом учитывать те закономерности физико-химии твердения этого связующего, что прочность такой смеси объясняется склеиванием зернистого материала гелем кремневой кислоты. Но по данным А.М. Лясса, "прочность склеивания зерен наполнителя стекловидной пленкой силиката натрия во много раз выше, чем прочность склеивания гелем кремневой кислоты". Поэтому целесообразно в ряде случаев литейной практики, особенно в индивидуальном производстве, использовать эту возможность серьезного упрочнения смеси путем ее высушивания, в том числе после продувки СО2.
В связи с изложенным были проведены испытания смесей с жидкостекольно-полистирольном связующим на прочность на разрыв после продувки СО2 и без продувки СО2 в интервале температур от 20°С до 350°С.
После продувки СО2 и последующем высушивании при оптимальной температуре 150°С прочность смеси на разрыв значительно увеличивается с 0,04 МПа при комнатной температуре до 0,57 МПа, т.е. почти в 15 раз. При дальнейшем повышении температуры (оптимальная продолжительность сушки 1,5 часов) наблюдается резкое уменьшение прочности на разрыв, что обусловлено началом активного воздействия полимера полистирола, который при 200°С начинает подвергаться процессам деструкции. Так, если при 170°С прочность смеси на разрыв только заметно уменьшилась с 0,57 МПа до 0,46 МПа, то при 200°С она резко снизилась до 0,14 МПа. А при 250°С и 300°С смесь практически полностью разупрочнилась, и стержень потерял свою форму, подвергаясь рассыпанию.
Высушивание смесей упомянутого выше состава без предварительной продувки СО2 показало следующие результаты. При 100°С наблюдается замедленное увеличение прочности на разрыв в сравнении с продувкой смеси СО2 – только 0,20 МПа в сравнении с 0,46 МПа, т.е. более, чем 2 раза меньше. Однако, при оптимальной температуре сушки 150°С и продолжительности 1,5 час. прочности обеих смесей практически сравнялись – соответственно с продувкой СО2 – 0,57 МПа и без продувки СО2 - 0,60 МПа.
При дальнейшем повышении температуры сушки наблюдается значительное уменьшение прочности смесей на разрыв – при 170 °С до 0,34 МПа, при 200 °С до 0,28 МПа, при 250 °С до 0,10 МПа, при 300 °С до 0,04 МПа и при 350 °С – до 0,03 МПа, т.е. до полного разупрочнения смеси.
На основе проведенных исследований сделаны следующие выводы.
1. Предложено взамен обычно применяемых жидкостекольных смесей, содержащих 6-7 % жидкого стекла и имеющих затрудненную выбиваемость отливок, применять легковыбиваемые жидкостекольно-полистирольные формовочные и стержневые смеси при несущественном их удорожании, так как полистирольная добавка изготовлена из отходов.
2. Изучен и обоснован механизм процесса, состоящий в том, что легкая выбиваемость жидкостекольно-полистирольных смесей обусловлена термодеструкцией полимера полистирола, начиная с 200°С с последующим практически полным разупрочнением смеси при температурах 300-350°С.
3. Рассмотрены 2 варианта высушивания жидкостекольно-полистирольной смеси - с продувкой СО2 в течение 1 мин и без продувки СО2. Продувка СО2 позволяет получить быстротвердеющую смесь с относительно невысокой сырой прочностью на разрыв – 0,04 МПа. Высушивание такой смеси позволяет увеличить ее прочность на разрыв многократно – с 0,04 МПа до 0,57 МПа.
Высушивание смеси без продувки СО2 ввиду отсутствия геля кремневой кислоты дает замедленный рост прочности при 100 °С - 0,20 МПа против 0,46 МПа. Однако, при оптимальной температуре высушивания 150 °С прочность на разрыв в обоих случаях практически одинаковы – без продувки СО2 – 0,60 МПа, с продувкой СО2 - 0,57 МПа.
4. Разработана технология смесеприготовления, в которой следует отметить в качестве важнейшего технологического требования при приготовлении жидкостекольно-полистирольных смесей с продувкой СО2 обязательность соблюдения следующей очередности ввода компонентов в смеситель, сначала 40 %-го раствора отходов пенополистирола и только затем жидкого стекла.
Обсудить статью
Восстановление устаревших технологических процессов, оборудования и коммуникаций требует значительных материальных затрат, но не позволяет обеспечить современный уровень производства. Поэтому большой интерес вызывают современные процессы литья в формы из холоднотвердеющих смесей (ХТС), в формы, изготовляемые вакуум-пленочной формовки (ВПФ), литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) и литье по газифицируемым моделям (ЛГМ). За исключением ЛВМ, эти техпроцессы не требуют привлечения высококвалифицирова
Среди всех известных в производстве методов переработки пластмасс одним из самых сложных в плане используемого инструмента является литье под давлением. При производстве деталей этим методом для каждой детали (или группы деталей) необходимо спроектировать и изготовить пресс-форму.
Глава взята из рукописи ТЕХНОЛОГИЯ ДЕКОРАТИВНО-ПРИКЛАДНОГО ИСКУССТВА. Учебное пособие для средних профессионально-технических учебных заведений. (В рамках специальности 0308 – «Профессиональное обучение (дизайн), квалификация «Мастер производственного обучения»). ОСНОВЫ ДИЗАЙНА. ХУДОЖЕСТВЕННОЕ ЛИТЬЕ МЕТАЛЛА.
ЛГМ-процесс обладает саморегулирующими свойствами в момент заливки металла, когда перепад давлений уплотняет песок формы и удерживает его от осыпания.
Среди созданных в последние десятилетия технологий в литейном деле набирает популярность удобная технология, когда получить модель отливки означает уже наполовину получить саму отливку. Модель отливки производят из пенополистирола, в обиходе чаще называемого пенопластом. Она получается такая, как упаковка от телевизора, или разовая пищевая тарелка, которые прочно вошли в наш быт, их штампуют миллионами на автоматах, а плитами полистирола утепляют наружные стены высотных домов.
Технологию и оборудование ЛГМ, начиная с 70-х годов прошлого века, успешно совершенствует научно-техническая школа под руководством проф. О. И. Шинского, создавшая ряд способов-разновидностей ЛГМ, новизна которых защищена десятками патентов на изобретения. Поставляется полный комплект оборудования (собственной разработки) для литейных цехов производительностью 500 – 20 000 тонн отливок в год, производится в своем опытно-промышленном цехе около 120 тонн в месяц высокоточных отливок.
В процессе разработки технологических основ получения точных отливок с управляемой структурой и свойствами в литейных песчаных формах с дифференцированными теплофизическими характеристиками проведены исследования формирования структуры чугунов в отливках при изменении термодинамических и кинетических факторов их затвердевания. Интенсивность теплоотвода от поверхности отливки является решающим фактором, определяющим скорость охлаждения металла.
На основе изучения закономерностей тепло – массообменных, газо -гидродинамических процессов, кристаллизации при взаимодействии жидкого и твердеющего металла с продуктами термодеструкции пенополистирола созданы и совершенствуются разновидности ЛГМ. Создан комплекс базового технологического оборудования для организации литейных цехов серийного и массового литья мощностью 500 – 20 000 т/год с использованием вакуумирования кварцевого песка формы в период заливки и кристаллизации металла, которое об
Художественное литье - один из древнейших способов обработки металла. Заключается в непосредственной заливке в специальные формы. Раньше для изготовления различных изделий использовали глиняные формы.
Казалось бы — чугун... Какое сразу же возникает представление о предметах, сделанных из чугуна? Чугун или чугунок — металлический горшок, кухонная принадлежность, ничего общего не имеющая с произведением искусства по металлу, чугунные канализационные трубы. А ведь еще полтора столетия назад на Всемирной выставке в Париже художественные изделия именно из чугуна удивляли своим изяществом и красотой — цепочка для часов, весящая всего-то 20 граммов, браслет, состоящий из 100 звеньев.
Как обезопасить себя от некачественного фторопласта? Важную, а возможно и ключевую часть ответа вы найдете в статье "Отечественный фторопласт"
Передвижной фильтр для очистки воздуха при сварке, плазменной и лазерной резке металлов, а также для аспирации рабочих мест с "точечным" пылением. Фильтр оснащен системой пневмоочистки фильтровальных картриджей, при этом не требуется подвод сжатого воздуха извне, т.к. пневмоочистка осуществляется от встроенного компрессора. Вентилятор установлен в шумоглушащей камере.
Высочайшая эффективность очистки при больших концентрациях пыли на входе фильтра достигается за счет конструктивного размещения в одном корпусе двух фильтров — рукавного и картриджного. Очистка воздуха производится двухступенчато: сначала в рукавном фильтре, затем в картриджном.
Обзор приборов для измерения давления- манометров, датчиков давления, вакуумметров, манометрических термометров. Краткое описание и характеристики.
Наружное освещение призвано обеспечивать должный уровень комфорта и безопасности на территории объекта. Являясь элементом системы единого энергопотребления, оно, в первую очередь, должно быть рациональным.
Для контроля качества строительства дорог необходимы специальные комплексы. Для этого создаются укомплектованные лаборатории на основе, например, вагон-дома. При использовании особых пиборов оценивается качество проводимых работ на любом этапе можно будет без особых сложностей оценить качество проводимых рабо
Однофазный стабилизатор напряжения для дома - выбираем быстро, легко и правильно, не переплачивая, с помощью простой инструкции.
По телевизору, радио часто можно услышать понятие "запорная арматура". Если Вы при этом представляете рифленый прут железа - эта статья, объясняющая термин, для Вас.
Предприниматели мало знают об экологически чистой технологии получения металлических отливок высокой точности и сложности – литье по моделях из пенопласта, называемой литьем по газифицируемым моделям (ЛГМ), англоязычное название ЛГМ - Lost Foam Casting Process дословно означает процесс литья при потере пены, подразумевая использование пенопластовой модели. Между тем, за 50 лет со времени своего возникновения годовой объем производства отливок в мире этим способом достиг 1,5 млн. тонн.
Способ литья металлоизделий по ледяным моделям (ЛЛМ), которые перед заливкой металла тают в полости вакуумируемой формы и впитываются в сухой песок, освобождая эту полость, разрабатывается во ФТИМС НАНУ, г. Киев. Применены фильтровальный способ нанесения на поверхность полости вакуумируемой формы герметизирующей пленки из продуктов плавления модели и связывание ими оболочкового слоя литейной формы пропиткой под вакуумом, что относится к новым способам формовки.
Конструирование пространственных каркасно–ячеистых отливок и блоков отливок для ЛГМ при разработке способов литья двухслойных армированных и биметаллических контейнеров для транспортировки и захоронения радиоактивных отходов, включая выполнение их стенок из композитов с оксидами различных металлов, в т.ч. тяжелых бетонов из шлаков, как наполнителей.
ЛГМ-процесс обладает саморегулирующими свойствами в момент заливки металла, когда перепад давлений уплотняет песок формы и удерживает его от осыпания.
Расссмотрен ряд новых достижений совершенствования технологии литья по газифицируемых моделях, в частности, опыт применения станков с ЧПУ для быстрого изготовления моделей отливок и пресс-форм.
Литье металла по газифицируемым моделям и поставка оборудования литейных цехов. По качеству фасонных отливок, экономичности, экологичности и высокой культуре производства сегодня нет альтернативы литью по газифицируемым моделям (ЛГМ) из пенопласта.. В песчаной форме модель из пенопласта при заливке замещается расплавленным металлом, так получается точная отливка. На 1 тонну литья расходуется 4 вида модельно-формовочных (неметаллических) материалов песок 50 кг, краска, пенопласт, пленка.
Получены характеристики изменений объемов компонентов для технологии рециклинга отходов пенополистирола путем растворения их в живичном скипидаре и последующего их использования (как клеющие вещества), которые показывают весьма замечательные возможности его компактирования. В 1 единице (46·10-3 м3) объема 40% раствора помещается 19,14 объемных единиц (880,5·10-3 м3) отходов пенополистирола, а по отношению к исходным 30·10-3 м3 растворителя этот объем отходов больше в 30 раз.
Среди некапиталоемких гибких, повышающих культуру производства технологий, литье по газифицируемым моделям (ЛГМ) показывает опережающую динамику и географию распространения в литейном производстве стран мира. Институт ФТИМС НАН Украины (отдел ФХПФ), десятки лет совершенствуя эту технологию как научно-техническую «фирменную» специализацию, поставляет для литейных цехов типовые комплексы оборудования производительностью 150...5000 т отливок в год, проектируя участки под площади заказчика.
